La messa è uno dei concetti fondamentali e allo stesso tempo misteriosi della scienza. Nel mondo delle particelle elementari, non può essere separato dall'energia. È diverso da zero anche per i neutrini e la maggior parte si trova nella parte invisibile dell'Universo. RIA Novosti racconta ciò che i fisici sanno sulla massa e quali segreti sono associati ad essa.
Relativamente ed elementare
Nella periferia di Parigi, presso la sede dell'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure, c'è un cilindro di una lega di platino e iridio del peso esatto di un chilogrammo. Questo è lo standard per il mondo intero. La massa può essere espressa in termini di volume e densità e si può ritenere che serva come misura della quantità di materia nel corpo. Ma i fisici che studiano il micromondo non sono soddisfatti di una spiegazione così semplice.
Immagina di spostare questo cilindro. La sua altezza non supera i quattro centimetri, tuttavia, sarà necessario fare uno sforzo notevole. Ci vorrà ancora più impegno per spostare, ad esempio, un frigorifero. La necessità di applicare la forza della fisica è spiegata dall'inerzia dei corpi e la massa è considerata come un coefficiente che collega la forza e l'accelerazione risultante (F = ma).
La massa serve come misura non solo del movimento, ma anche della gravità, che costringe i corpi ad attrarsi l'un l'altro (F = GMm / R2). Quando saliamo sulla bilancia, la freccia viene deviata. Questo perché la massa della Terra è molto grande e la forza di gravità ci spinge letteralmente in superficie. Su una luna più chiara, una persona pesa sei volte di meno.
La gravità non è meno misteriosa della massa. L'ipotesi che alcuni corpi molto massicci possano emettere onde gravitazionali durante il movimento è stata confermata sperimentalmente solo nel 2015 presso il rivelatore LIGO. Due anni dopo, questa scoperta è stata insignita del Premio Nobel.
Secondo il principio di equivalenza proposto da Galileo e perfezionato da Einstein, le masse gravitazionali e inerziali sono uguali. Ne consegue che gli oggetti massicci sono in grado di piegare lo spazio-tempo. Stelle e pianeti creano intorno a loro imbuti gravitazionali, in cui i satelliti naturali e artificiali ruotano fino a cadere in superficie.
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Quark interagisce con il campo di Higgs / Illustrazione RIA Novosti / Alina Polyanina.
Da dove viene la massa
I fisici sono convinti che le particelle elementari debbano avere massa. È stato dimostrato che l'elettrone e gli elementi costitutivi dell'universo, i quark, hanno massa. Altrimenti, non potrebbero formare atomi e tutta la materia visibile. Un universo senza massa sarebbe un caos di quanti di varie radiazioni, che corrono alla velocità della luce. Non ci sarebbero galassie, stelle, pianeti.
Ma da dove viene la massa?
“Durante la creazione del Modello Standard nella fisica delle particelle, una teoria che descrive l'interazione elettromagnetica, debole e forte di tutte le particelle elementari, sono emerse grandi difficoltà. Il modello conteneva divergenze inevitabili dovute alla presenza di masse diverse da zero nelle particelle , afferma Alexander Studenikin, Dottore in Scienze, Professore del Dipartimento di Fisica Teorica del Dipartimento di Fisica dell'Università statale di Mosca Lomonosov, RIA Novosti.
La soluzione è stata trovata da scienziati europei a metà degli anni '60, suggerendo che in natura esiste un altro campo, uno scalare. Permea l'intero universo, ma la sua influenza è evidente solo a livello micro. Le particelle sembrano rimanere bloccate in esso e quindi acquisire massa.
Il misterioso campo scalare prende il nome dal fisico britannico Peter Higgs, uno dei fondatori del Modello Standard. Anche il bosone prende il nome da lui: una particella enorme che sorge nel campo di Higgs. È stato scoperto nel 2012 durante esperimenti al Large Hadron Collider del CERN. Un anno dopo, Higgs è stato insignito del Premio Nobel insieme a François Engler.
Caccia ai fantasmi
Anche la particella fantasma, il neutrino, doveva essere riconosciuta come massiccia. Ciò è dovuto alle osservazioni dei flussi di neutrini dal Sole e dai raggi cosmici, che per molto tempo non è stato possibile spiegare. Si è scoperto che una particella è in grado di trasformarsi in altri stati durante il movimento, o oscillare, come dicono i fisici. Questo è impossibile senza massa.
“I neutrini elettronici, nati, ad esempio, all'interno del Sole, in senso stretto non possono essere considerati particelle elementari, poiché la loro massa non ha un significato definito. Ma in movimento, ciascuno di essi può essere considerato come una sovrapposizione di particelle elementari (chiamate anche neutrini) con masse m1, m2, m3. A causa della differenza nella velocità dei neutrini di massa, il rilevatore rileva non solo neutrini elettronici, ma anche neutrini di altri tipi, ad esempio neutrini muonici e tau. Questa è una conseguenza della miscelazione e delle oscillazioni previste nel 1957 da Bruno Maksimovich Pontecorvo”, spiega il professor Studenikin.
È stato stabilito che la massa di un neutrino non può superare i due decimi di elettronvolt. Ma il significato esatto è ancora sconosciuto. Gli scienziati lo stanno facendo nell'esperimento KATRIN presso l'Istituto di tecnologia di Karlsruhe (Germania), lanciato l'11 giugno.
“La questione della grandezza e della natura della massa del neutrino è una delle principali. La sua decisione servirà come base per l'ulteriore sviluppo della nostra comprensione della struttura , conclude il professore.
Sembrerebbe che in linea di principio si sappia tutto sulla massa, resta da chiarire le sfumature. Ma non è così. I fisici hanno calcolato che la materia che osserviamo occupa solo il cinque percento della massa di materia nell'universo. Il resto è ipotetica materia oscura ed energia, che non emettono nulla e quindi non vengono registrate. Di quali particelle sono costituite queste parti sconosciute dell'universo, qual è la loro struttura, come interagiscono con il nostro mondo? Le prossime generazioni di scienziati dovranno capirlo.
Tatiana Pichugina
